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Neues aus der Welt der Wissenschaft |
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Verlustfreie Stromleitung rückt näher |
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| | | Ein wichtiger Schritt zur verlustfreien Stromleitung ist jetzt einem internationalen Physikerteam gelungen. Die Forscher haben spezielle Kristalle aus Fußball-ähnlichen Kohlenstoffmolekülen konstruiert, die auch bei vergleichsweise hohen Temperaturen elektrischen Strom völlig ohne Widerstand leiten können. |
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"Wir hoffen, dass diese Ergebnisse in ferner Zukunft zu verlustfreier organischer Elektronik führen könnten", sagte der Konstanzer Physiker Jan Hendrik Schön. Die Wissenschaftler aus Deutschalnd, der Schweiz und den USA berichten über ihre Ergebnisse in "Sciencexpress", der Online- Ausgabe des US-Fachjournals "Science".
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Supraleiter für schnelle Computer |
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Materialien ohne jeglichen elektrischen Widerstand, so genannte Supraleiter, sollen künftig unter anderem schnelle Computer und verlustfreie Stromspeicher ermöglichen.
Allerdings müssen fast alle bekannten Supraleiter bis auf wenige zehntel Grad über dem absoluten Nullpunkt der Temperatur bei minus 273,15 Grad Celsius abgekühlt werden.
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Supraleitfähigkeit
1911 von H. Kamerlingh Onnes entdeckte Eigenschaft mancher Metalle und Legierungen, in der Nähe des absoluten Temperaturnullpunkts dem elektrischen Strom keinen Widerstand mehr entgegenzusetzen. Der Übergang vom normalen zum supraleitenden Zustand erfolgt sehr plötzlich bei einer für jeden Stoff bestimmten Sprungtemperatur (bis zur Entdeckung der Hochtemperatur-Supraleiter 1986 unter 23,3 Kelvin, danach bis zu 133,5 Kelvin). Bei diesem Übergang ändern sich auch andere physikalische, z. B. die magnetischen Eigenschaften in ungewöhnlicher Weise. |
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 Mehr zu Hochtemperatur-Supraleitern |
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Teuer und aufwendig |
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Die Abkühlung der bekannten Supraleiter bis an den absoluten Nullpunkt ist allerdings aufwendig und teuer. Zwar sind einige Materialien bekannt, die bereits bei der wesentlich einfacher und billiger zu erreichenden Temperatur von flüssiger Luft bei knapp -200 Grad Celsius supraleitend werden.
Es handelt sich dabei aber meist um bröckelige
Kupfer-Keramikmischungen, die sich nur schlecht verarbeiten lassen.
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Organische Moleküle als Supraleiter
Die Synthese organischer Makromoleküle, die bei Raumtemperatur noch supraleitend sind, scheint nicht ausgeschlossen. Nach der BCS-Theorie (von J. Bardeen, L. Cooper und J. R. Schrieffer) bilden je zwei Leitungselektronen eines Metalls unterhalb einer bestimmten tiefen Temperatur so genannte Cooper-Paare. Diese Elektronenpaare können sich frei durch das Metallgitter bewegen, d. h. der elektrische Widerstand verschwindet. Steigt die Temperatur an, dann werden die Paare wieder getrennt. Die einzelnen Elektronen sind zu normalen Leitungselektronen geworden; der elektrische Widerstand tritt wieder auf. Die BCS-Theorie erklärt viele Eigenschaften der Supraleiter, die z. B. in Teilchenbeschleunigern immer mehr Verwendung finden. |
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Superconductivity Group |
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Kohlenstoffkristalle gestreckt |
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Die Physiker um Schön haben Kohlenstoffkristalle aus den als Fullerenen oder Buckyballs bezeichneten Fußballmolekülen mit Chloroform und Bromoform gestreckt.
Dadurch schafften sie quasi Platz für zusätzliche Ladungsträger, die sie mit einem elektrischen Feld in den Kristall pumpten. Auf diese Weise verlor der Kohlenstoff bereits bei "warmen" minus 156 Grad Celsius jeden elektrischen Widerstand.
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Fullerene - die 'Fußball-Moleküle'
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Fullerene sind große, ausschließlich aus Kohlenstoff bestehende Moleküle mit in sich abgeschlossener, polyedrischer Struktur; am bekanntesten ist das C60-Molekül (Fulleren, Footballen, Buckminsterfulleren).
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Supraleitung nicht auf Kupferoxide beschränkt |
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"Das zeigt, dass die Hochtemperatur-Supraleitung nicht auf Kupferoxide beschränkt ist", sagte Schön, der inzwischen bei den Bell-Laboratories, einem Forschungsarm der Lucent Technologies, in Murray Hill (US-Staat New Jersey) arbeitet.
Dieser supraleitende Kohlenstoff könnte verhältnismäßig leicht verarbeitet werden und lässt sich mit billiger flüssiger Luft kühlen. Zudem hoffen die Physiker, dass mit der von ihnen verwendeten Methode noch bei deutlich wärmeren Temperaturen als bei minus 156 Grad Celsius Supraleitung erreichbar ist.
(dpa/red)
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Originalartikel im Sciencexpress (kostenpflichtig) unter
"High-Temperature Superconductivity in Lattice-Expanded C60".
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01.01.2010 |
